膜蒸馏过程中的膜污染研究

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1、第22卷第3期2001年6月膜科学与技术Vol.21No.3MEMBRANESCIENCEANDTECH2MOI-OGYJun.2001文章集号：1007-8924(2001)03-0021-03膜蒸馆过程中的膜污染研究阎建民1负延滨$马润宇“（1・中科院化学研究所.北京100080；2.北京化工大学化工学院，北京100029）摘要：考棊了膜棄馆用于脱盐时膜的污染情况，分析了不同无机盐对疏水膜的具体彩响•未处理的苦咸水含有难溶无机盐，膜蒸怖过程中膜表面僉出现沉积物.沉积场会破坏膜的疏水性形响渎透液

2、的质量，同时彩响膜蒸馆传递过程，降低滲透通量.在无机盐浓度较低时，通过料液预处理別除不溶物可以有效防止沉积物的出现.关键词：膜蒸怖；膜污樂；脱盐中图分类号：TQ02&8文献标识码：A水膜的表面有疏水性差•甚至亲水的局部点■这些点有可能成为膜疏水性遭到破坏的内因，料液纽份的沉积会降低膜的疏水性■并逐渐使料液充入膜孔.有表面活性的有机物会影响膜的疏水性能，这已是不争的寧实.Franken^4对有关悄况做了深人的研究.Cunin⑸提出了料液预处理工艺•以剔除表面活性物质•面盐类沉积物对膜疏水性的影响不明

3、显,不易造成膜的润湿，因此膜蒸傭常用于脱盐⑹及制备热敏性晶体产品〔7】・但由于浓差极化及料液的加I.制冷机；2.冷却液ttff;3.流■计；4.压力表；5・说度计：6.泵；7.调节剛8.恒温加热水浴：9.放空阀热,膜表面的盐浓度会长时间处于过饱和状态,考察收稿日期：2000-08-14;修改稿收到日期：2000-10-20基金项目：中SI机构合作项目（Australia-ChinaInstitutionalLinkPn^gram）资助作者简介，阎建民（1966~）・男•博士.*通讯联系人.膜的污染

4、问题普遍存在于各类膜过程,是制约膜技术工业应用的主要原因之一⑴.对于不同的膜过程，膜污染的表现和彫响程度不尽相同.膜蒸備实际运行中•膜的性能会随时间发生变化,一种典型的行知就是渗透通量随时间的变化⑵.造成通量衰减的原因有很多■如浓差极化、吸附、膜表面凝胶层的形成等•所有这些原因对料液侧的传递过程形成新的阻力•同时膜蒸懶只能在膜孔道不被润湿的情况下才能进行•可以说，膜孔润湿（water-logging）是膜蒸馅过程中最严重的膜污染.材料疏水性取决于膜表面单位面积的自由能.但平均的表面能并不能满意地描

5、述一个真实的表面•若在分子尺度上一部分一部分地检验固体的表面•局部的表面能可以变化很大⑶.即不能排除踱无机类污染物对膜性能的影响是很有必要的.苦咸水含有难溶无机盐，膜蒸馆过程中膜表面会出现沉积物.沉积物会破坏膜的疏水性，基于以上考虑，本文考察了膜蒸傭用于脱盐时膜的污染情况,分析了不同无机盐对疏求膜的具体影响.1实验部分通过实验研究了不（微）溶无机物对疏水膜的影响.需考察的操作参数有无机物类型、饱和度、有无固体悬浮物•通过测试渗透液的电导率确定膜疏水性被破坏的情况.由于不溶物容易堵塞中空纤维膜的管内

6、流道•实验采用了平面膜组件.为便于监测渗透液质量•采用气隙式膜组件.膜蒸懶实验流程如图1所示.・22・膜科学与技术第21卷本文采用北京翊料研究所提供的PTFE膜，实验中膜的有效面积为245nim>121mm,膜的孔径0・2ptm,厚度80pm.空隙率0・8・实验中采用DDSI1-A型电导率仪监测冷凝液的质就.实验中的料液温度为55X?•冷却液温度为30£・2结果与讨论料液中不溶物在膜表面沉积的直接后果是渗透通址下降，这是由于沉积物可能堵塞了部分膜孔，影响了膜蒸憎的传质过程.参照反渗透的有关研究结果

7、⑻・脱盐时主耍的无机类膜污染物是各种钙盐•常温下水中含大量HCO厂离子•这时是可溶的，膜分离过程中由于温度上升，形成难溶的CaCQ.用硫酸控制料液的rESO.1Z褂朮壬806040200】0203040时间/h图2不同料液下谶透蔽电导率随时间的变化♦F和硫酸钙常液•流虽60L/h；■-1.5倍饱和浓度硫酸钙水陪液，流凰60L/h；▲一1.5倍饱和浓度硫酸钙水溶液、流吐200L/h提高料液的流量，可以减轻膜表面的沉积物•但表面依然冇沉积物,渗透通H有所增加（图3A）.渗透通轶在数小时内逐渐减小•同时

8、渗透液的电导率急剧増大（图2^）.通过改善膜表面的流动状况可以滅轻膜污染•这与其他膜过程是一致的⑴•而渗透液电导率上升，表明有更多料液通过已润湿的膜孔进入渗透液.通过过滤除去料液中不溶固体做粒后，即采用饱和硫酸钙溶液•系统在几片小时内保持稳定的渗透通量（图3・）.变化操作条件（温度和料液流量）不影响膜的疏水性,膜表面未出现沉积物，渗透液电导率也保持基本稳定（图2・）.实验显示•与饱和硫酸钙溶液一样•只含有不溶微粒（0.2-10的二氧化硅）的料液用于膜蒸IS时,渗透通量亦保持稳定•而